KR100261772B1 - 개선된 비어 컨택을 갖는 박막형광로 조절장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
개선된 비어 컨택을 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는, M×N 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터를 포함한다. 상기 액티브 매트릭스는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성되며 상기 트랜지스터로부터 연장된 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층, 상기 제1 금속층 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 보호층, 그리고 상기 보호층의 상부에 상기 제1 금속층의 상기 드레인 패드와 접촉되게 형성된 제2 금속층을 더 포함한다. 상기 액츄에이터는 상기 제2 금속층의 상부에 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 그리고 상기 하부 전극과 상기 제2 금속층을 연결하는 비어 컨택을 포함한다. 본 발명에 의하면, 광전류를 차단하기 위한 제2 금속층을 제1 금속층의 드레인 패드에 연결한 후, 변형층으로부터 제2 금속층까지 비어 컨택을 형성함으로써, 비어 컨택의 길이를 단축하여 제2 금속층과 비어 컨택 사이 및 비어 컨택과 하부 전극 사이에서 전기적인 오픈이 일어나 소자가 동작하지 않는 것을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광전류를 차단하기 위한 제2 금속층을 제1 금속층의 드레인 패드에 연결하고, 제2 금속층까지 비어 컨택을 형성함으로써, 비어 컨택의 길이를 단축하여, 비어 컨택의 형성시 비어 컨택과 제2 금속층 사이 및 비어 컨택과 하부 전극 사이의 접촉이 불량하여 전기적인 오픈(open)이 일어나는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로 조절 장치는 크게 두 종류로 구분된다. 그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT (Cathode Ray Tube) 등이 있으며, 다른 한 종류는 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display：LCD), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하며 그 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있어 그 중량 및 용적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 상기 액정 표시 장치(LCD)는 입사되는 광의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 저하되며, 액정 물질의 응답 속도가 느리고 내부가 과열되기 쉬운 문제점이 있다.
따라서 상기 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 또는 AMA 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA 장치는 10％ 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한 AMA 장치는 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 입사되는 광의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 반사되는 광의 극성에 영향을 끼치지도 않는다.
이러한 광로 조절 장치인 AMA는 크게 벌크(bulk)형과 박막형(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um et al.)에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix) 상에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되고 변형부의 응답 속도가 느리다는 문제점이 있다. 이에 따라 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1997년 4월 29일 특허 출원한 특허출원 제97-16170호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 AA′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는, 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(10)와 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터(50)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(10)는, 액티브 매트릭스(100) 및 상기 트랜지스터의 상부에 형성되며 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장된 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(13), 제1 금속층(13의 상부에 형성된 제1 보호층(15), 제1 보호층(15)의 상부에 형성되며 티타늄(Ti)층 및 질화 티타늄(TiN)층을 포함하는 제2 금속층(17), 제2 금속층(17)의 상부에 형성된 제2 보호층(19), 그리고 제2 보호층(19)의 상부에 형성된 식각 방지층(21)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 액츄에이터(50)는 상기 식각 방지층(21) 중 아래에 제1 금속층(13)의 드레인 패드가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(35)을 개재하여 식각 방지층(21)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(53), 지지층(53)의 상부에 형성된 하부 전극(55), 하부 전극(55)의 상부에 형성된 변형층(57), 변형층(57)의 상부에 형성된 상부 전극(59), 변형층(57)의 일측으로부터 변형층(57), 하부 전극(55), 지지층(53), 식각 방지층(21), 제2 보호층(19) 및 제1 보호층(15)을 통하여 상기 제1 금속층(13)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 홀(61)의 내부에 형성된 비어 컨택(63)을 포함한다. 상기 상부 전극(59)의 일측에는 상부 전극(59)을 균일하게 작동시키는 스트라이프(65)가 형성된다.
또한, 도 1을 참조하면 상기 지지층(53)의 일측 평면은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 지지층(53)의 타측 평면은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(53)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
이하 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 3a 내지 도 3d에 있어서, 도 2와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 3a를 참조하면, 먼저 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(10)의 상부에 티타늄, 질화 티타늄, 텅스텐, 그리고 질화물을 차례로 적층하여 제1 금속층(13)을 형성한다. 상기 액티브 매트릭스(10)는 실리콘 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(alumina)(Al＜SB＞2＜/SB＞O＜SB＞3＜/SB＞) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 제1 금속층(13) 중 텅스텐층은 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 상기 액티브 매트릭스(10)의 상부까지 연장된다.
도 3b를 참조하면, 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(10)를 보호하기 위하여 제1 금속층(13) 및 액티브 매트릭스(10)의 상부에 제1 보호층(15)을 형성한다. 제1 보호층(15)은 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 4000∼6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
상기 제1 보호층(15)의 상부에는 제2 금속층(17)이 적층된다. 제2 금속층 (17)을 형성하기 위하여, 먼저 티타늄을 스퍼터링 방법을 사용하여 300Å 정도의 두께로 티타늄층을 적층한다. 이어서 상기 티타늄층의 상부에 질화 티타늄을 물리 기상 증착 방법(PVD)을 사용하여 질화 티타늄층을 적층한다. 상기 제2 금속층(17)은 광원으로부터 입사되는 광이 반사층인 상부 전극(59) 뿐만 아니라, 상부 전극 (59)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(10)에 광전류(photo current)가 흐르게 되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 제2 금속층 (17) 중 후속 공정에서 비어 컨택(63)이 형성될 부분을 식각하여 제2 금속층(17)에 홀(hole)을 형성함으로써, 제1 보호층(15)의 일부를 노출시킨다.
상기 노출된 제1 보호층(15) 및 제2 금속층(17)의 상부에는 제2 보호층(19)이 적층된다. 제2 보호층(19)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착 방법을 사용하여 2000Å 정도의 두께로 적층한다. 상기 제2 보호층(19) 역시 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(10)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다. 상기 제2 보호층(19)의 상부에는 식각 방지층(21)이 적층된다. 식각 방지층(21)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(21)은 상기 액티브 매트릭스(10) 및 제2 보호층(19)이 후속하는 식각 공정 동안 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(21)의 상부에는 희생층(23)이 적층된다. 희생층(23)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospher ic Pressure CVD : APCVD) 방법으로 2．0∼3．3㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(23)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(10)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(23)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 상기 희생층(23)이 1. 6㎛ 정도의 두께가 되도록 상부를 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 액츄에이터(50)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 희생층(23) 중 아래에 상기 제2 금속층(17)의 홀이 형성된 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(21)의 일부를 노출시킨다.
도 3c를 참조하면, 지지층(53)은 상기 노출된 식각 방지층(21)의 상부 및 희생층(23)의 상부에 적층된다. 지지층(53)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼3000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 하부 전극(55)을 상기 지지층(53)의 상부에 적층한다. 하부 전극(55)은 백금, 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 2000∼4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 하부 전극(55)을 각각의 화소별로 독립적인 신호를 인가하기 위하여 액츄에이터(50)가 형성되는 방향과 나란하게 Iso-Cutting한다.
상기 하부 전극(55)의 상부에는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 구성된 변형층(57)이 적층된다. 변형층(57)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 4000∼6000Å, 바람직하게는 4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 변형층(57)을 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨 후, 변형층(57)을 이루는 압전 물질을 분극시킨다.
상부 전극(59)은 상기 변형층(57)의 상부에 적층된다. 상부 전극(59)은 알루미늄, 은, 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성을 동시에 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 2000∼6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 상부 전극(59)을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖도록 한다. 이 때, 상부 전극(59)의 일측에는 상부 전극(59)을 균일하게 동작시켜 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지하는 스트라이프(65)가 형성된다. 상기 상부 전극(59)은 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 바이어스 신호가 인가된다. 따라서, 하부 전극(55)에 화상 신호가 인가되고 상부 전극(59)에 바이어스 신호가 인가되면, 상부 전극(59)과 하부 전극(55) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상기 변형층(57)이 변형을 일으키게 된다. 상부 전극(59)은 전기 전도성 및 반사성이 우수하므로 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 입사되는 광을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
도 7d를 참조하면, 상기 변형층(57) 및 하부 전극(55)을 차례로 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이 때, 변형층(57)은 상부 전극(59)보다 약간 넓은 면적을 가지며, 하부 전극(55)은 변형층(57)보다 약간 넓은 면적을 가진다. 계속하여, 상기 변형층(57) 중 아래에 상기 제2 금속층(17)의 홀이 형성된 부분의 상부로부터 변형층(57), 하부 전극(55), 지지층(53), 식각 방지층(21), 제2 보호층(19), 그리고 제1 보호층(15)을 차례로 식각하여 상기 제1 금속층(13)의 드레인 패드까지 비어 홀(61)을 형성한 후, 상기 비어 홀(61)의 내부에 텅스텐, 알루미늄, 또는 티타늄 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 비어 컨택(63)을 형성한다. 비어 컨택(63)은 상기 드레인 패드와 하부 전극(55)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 화상 신호는 액티브 매트릭스(10)에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층(13)의 드레인 패드 및 비어 컨택(63)을 통하여 하부 전극(55)에 인가된다. 이어서, 상기 지지층(53)을 패터닝하여 상기 하부 전극(55)보다 약간 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 지지층(53)을 형성한다.
그리고, 상기 희생층(23)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 희생층(23)의 위치에 에어 갭(35)을 형성한 후, 세정 및 건조 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 M×N 개의 박막형 AMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법, 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(10)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 상부 전극(59)에 바이어스 전류를 인가하고 하부 전극(55)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시되지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 포토리쏘그래피 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(10)를 소정의 두께까지 자른다. 계속하여, TCP 본딩을 대비해 AMA 패널의 패드(도시되지 않음)가 충분한 높이를 가지기 위하여 AMA 패널의 패드 상부에 포토 레지스트층(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토 레지스트층 중 아래에 패드가 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 AMA 패널의 패드를 노출시킨다. 그리고, 상기 포토 레지스트층을 식각하고, 액티브 매트릭스(10)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP의 패드를 ACF(Anisotropic Conductive Film)(도시되지 않음)로 연결하여 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
그러나 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 하부 전극과 제1 금속층의 드레인 패드를 전기적으로 연결하는 비어 컨택의 형성 시, 비어 홀을 변형층으로부터 제1 금속층까지 깊게 형성한 후 비어 홀의 내부에 비어 컨택을 형성함으로 인하여, 비어 컨택이 비어 홀의 측벽 및 드레인 패드의 상부까지 충분히 형성되지 못하여 비어 컨택과 드레인 패드 사이 및 비어 컨택과 하부 전극 사이에서 전기적인 오픈이 발생하는 경우가 많았다. 이에 따라서, 외부로부터 화상 신호가 하부 전극에 인가되지 못하여 소자가 동작하지 않게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 광전류를 차단하기 위한 제2 금속층을 제1 금속층의 드레인 패드에 연결하고, 제2 금속층까지 비어 컨택을 형성함으로써, 비어 컨택의 길이를 단축하여, 비어 컨택의 형성시 비어 컨택과 제2 금속층 사이 및 비어 컨택과 하부 전극 사이의 접촉 불량으로 인한 전기적인 오픈을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
제1도는 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
제2도는 제1도에 도시한 장치를 AA' 선으로 자른 단면도이다.
제3a 및 3d도는 제2도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
제4도는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
제5도는 제4도에 도시한 장치를 BB' 선으로 자른 단면도이다.
제6a 내지 6d도는 제5도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 액티브 매트릭스 113 : 제1 금속층
115 : 제1 보호층 117 : 제2 금속층
119 : 제2 보호층 121 : 식각 방지층
133 : 희생층 135 : 에어 갭
150 : 액츄에이터 153 : 지지층
155 : 하부 전극 157 : 변형층
159 : 상부 전극 161 : 비어 홀
163 : 비어 컨택 165 : 스트라이프
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터를 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다. 상기 액티브 매트릭스는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성되며 상기 트랜지스터로부터 연장된 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층, 상기 제1 금속층 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 보호층, 그리고 상기 보호층의 상부에 상기 제1 금속층의 상기 드레인 패드와 접촉되게 형성된 제2 금속층을 더 포함한다. 상기 액츄에이터는 상기 제2 금속층의 상부에 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 그리고 상기 하부 전극과 상기 제2 금속층을 연결하는 비어 컨택을 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 상기 트랜지스터로부터 연장된 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속층 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층의 상부에 상기 제1 금속층의 상기 드레인 패드와 접촉되는 제2 금속층을 형성하는 단계; 그리고 상기 제2 금속층의 상부에 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극 및 상기 하부 전극과 상기 제2 금속층을 연결하는 비어 컨택을 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층의 드레인 패드, 제2 금속층 및 비어 컨택을 통해 하부 전극에 인가된다. 동시에, 외부로부터 공통 전극선을 통하여 상부 전극에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되어 상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층을 포함하는 상기 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 광을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극은 액츄에이터의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 함께 경사진다. 따라서, 상부 전극은 광원으로부터 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 광전류를 차단하기 위한 제2 금속층을 제1 금속층의 드레인 패드에 연결한 후, 변형층으로부터 제2 금속층까지 비어 컨택을 형성함으로써, 비어 컨택의 길이를 단축하여 제2 금속층과 비어 컨택 사이 및 비어 컨택과 하부 전극 사이에서 전기적인 오픈 현상이 발생하여 소자가 동작하지 않는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 BB′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스 (100)와 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터(200)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100)는, 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 제1 금속층(113), 제1 금속층(113)의 상부에 형성된 제1 보호층(115), 제1 보호층(115)의 상부에 형성된 제2 금속층(117), 제2 금속층(117)의 상부에 형성된 제2 보호층(119), 그리고 제2 보호층(119)의 상부에 형성된 식각 방지층(121)을 포함한다. 상기 제1 금속층(113)은 상기 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장되는 드레인 패드를 포함하며, 상기 제2 금속층(117)은 일측이 아래로 연장되어 상기 제1 금속층(113)의 드레인 패드에 접촉된다.
상기 액츄에이터(150)는 상기 식각 방지층(121) 중 아래에 제1 금속층(113)의 드레인 패드가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(135)을 개재하여 식각 방지층(121)과 평행하게 형성된 단면을 가지는 지지층(153), 지지층(153)의 상부에 형성된 하부 전극(155), 하부 전극(155)의 상부에 형성된 변형층(157), 변형층(157)의 상부에 형성된 상부 전극(159), 그리고 변형층(157)의 일측으로부터 변형층(157), 하부 전극(155), 지지층(153), 식각 방지층(121), 제2 보호층(119)을 제2 금속층(117)까지 수직하게 형성된 비어 홀(161)의 내부에 형성된 비어 컨택(163)을 포함한다. 상기 상부 전극(159)의 일측에는 상부 전극(159)을 균일하게 작동시키는 스트라이프(165)가 형성된다.
또한, 도 4를 참조하면 상기 지지층(153)의 일측 평면은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 지지층(153)의 타측 평면은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(153)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
이하 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6d에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 6a를 참조하면, M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 티타늄, 질화 티타늄, 텅스텐, 그리고 질화물을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 순차적으로 적층함으로써 제1 금속층(113)을 형성한다. 상기 액티브 매트릭스(100)는 실리콘 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(Al＜SB＞2＜/SB＞O＜SB＞3＜/SB＞) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 제1 금속층(113) 중 텅스텐층은 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부까지 연장되어 외부로부터 상기 트랜지스터를 통하여 전달된 제1 신호(화상 신호)를 하부 전극(155)에 전달한다.
도 6b를 참조하면, 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호하기 위하여 상기 액티브 매트릭스(100) 및 제1 금속층(113)의 상부에 제1 보호층(115)을 형성한다. 제1 보호층(115)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 4000∼6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 제1 보호층(115) 중 아래에 제1 금속층(113)의 드레인 패드가 형성된 부분을 패터닝하여 제1 금속층(113)의 드레인 패드의 일부를 노출시킨다. 계속하여, 상기 노출된 제1 금속층(113)의 드레인 패드의 상부 및 제1 보호층(115)의 상부에 티타늄 및 질화 티타늄을 차례로 적층하여 제2 금속층(117)을 형성한다. 즉, 먼저 상기 노출된 제1 금속층(113)의 드레인 패드의 상부 및 제1 보호층(115)의 상부에 티타늄을 스퍼터링 방법을 사용하여 300Å 정도의 두께로 티타늄층을 적층한다. 이어서, 상기 티타늄층의 상부에 질화 티타늄을 물리 기상 증착 방법(PVD)을 사용하여 질화 티타늄층을 적층하여 제2 금속층(117)을 완성한다. 따라서, 제2 금속층(117)은 제1 금속층(113)의 드레인 패드와 전기적으로 연결된다. 제2 금속층(117)은 광원으로부터 입사되는 광이 상부 전극(159) 뿐만 아니라 상부 전극(159)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광전류가 흐르게 되는 것을 차단하는 동시에 외부로부터 인가된 화상 신호를 드레인 패드로부터 비어 컨택(163)으로 전달하는 기능을 수행한다.
상기 제2 금속층(117)의 상부에는 제2 보호층(119)이 적층된다. 제2 보호층(119)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착 방법을 사용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 상기 제2 보호층(119) 역시 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다. 상기 제2 보호층(119)의 상부에는 식각 방지층(121)이 적층된다. 식각 방지층(121)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(121)은 상기 액티브 매트릭스(100) 및 제2 보호층(119)이 후속하는 식각 공정 동안 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(121)의 상부에는 희생층(123)이 적층된다. 희생층(123)은 인(P)을 고 농도로 함유한 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 2．0∼3．3㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(123)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(123)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 상기 희생층(123)이 1. 1㎛ 정도의 두께가 되도록 상부를 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 액츄에이터 (150)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 희생층(123) 중 아래에 상기 제2 금속층(117)과 제1 금속층(113)의 드레인 패드가 연결된 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(121)의 일부를 노출시킨다.
도 6c를 참조하면, 지지층(153)은 상기 노출된 식각 방지층(121)의 상부 및 희생층(123)의 상부에 형성된다. 지지층(153)은 질화물 도는 금속 등의 경질(rigid)의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼3000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 하부 전극(155)을 상기 지지층(153)의 상부에 형성한다. 상기 하부 전극(155)은 백금, 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 2000∼4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 하부 전극(155)을 각각의 화소별로 독립적인 제1 신호를 인가하기 위하여 Iso-Cutting한다.
상기 하부 전극(155)의 상부에는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 구성된 변형층(157)이 형성된다. 변형층(157)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 4000∼6000Å, 바람직하게는 4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 변형층(157)을 구성하는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨 후, 분극시킨다. 변형층(157)은 후속하여 형성되는 상부 전극(159)과 하부 전극(155) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.
상부 전극(159)은 상기 변형층(157)의 상부에 형성된다. 상부 전극(159)은 알루미늄, 은, 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성을 동시에 갖는 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 2000∼6000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이어서, 상기 상부 전극(159)을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖도록 한다. 이 때, 상부 전극(159)의 일측에는 상부 전극(159)을 균일하게 동작하게 하여 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광이 난반사되는 것을 방지하는 스트라이프(165)가 형성된다. 상부 전극(159)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 따라서, 하부 전극(155)에 제1 신호가 인가되고 상부 전극(159)에 제2 신호가 인가되면, 상부 전극(159)과 하부 전극(155) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상기 변형층(157)이 변형을 일으키게 된다. 상부 전극(159)은 전기 전도성 및 반사성이 우수하므로 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 입사되는 광을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
계속하여, 상기 변형층(157) 및 하부 전극(155)을 차례로 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이 때, 변형층(157)은 상부 전극(159)보다 약간 넓은 면적을 가지며, 하부 전극(155)은 변형층(157)보다 약간 넓은 면적을 가진다. 그리고, 상기 변형층(157) 중 아래에 상기 제2 금속층(117)과 제1 금속층(113)의 드레인 패드가 연결된 부분의 상부로부터 변형층(157), 하부 전극(155), 지지층(153), 식각 방지층(121), 그리고 제2 보호층(119)을 차례로 식각하여 상기 제2 금속층(115)까지 비어 홀(161)을 형성한 후, 상기 비어 홀(161)의 내부에 텅스텐, 알루미늄, 또는 티타늄 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 비어 컨택(163)을 형성한다. 비어 컨택(163)은 상기 제2 금속층(117)과 하부 전극(155)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층(113)의 드레인 패드, 제2 금속층(117) 및 비어 컨택(163)을 통하여 하부 전극(155)에 인가된다. 종래에는 비어 컨택을 형성하기 위하여 변형층으로부터 제1 금속층의 드레인 패드까지 좁고 깊게 비어 홀을 형성한 후, 전도성 금속을 스퍼터링 하였다. 그러나, 비어 컨택이 너무 좁고 깊게 형성됨으로 인하여 상기 전도성 금속이 비어 홀의 측벽 및 드레인 패드의 상부까지 충분히 증착되지 않아 비어 컨택에서 전기적인 오픈이 일어나는 경우가 많았다. 이에 비하여 본 발명에서는, 먼저 제1 금속층(113)의 드레인 패드와 제2 금속층(117)을 연결한 후, 변형층(157)으로부터 제2 금속층(117)까지 비어 컨택(163)을 형성함으로써, 비어 컨택(163)의 형성 길이를 줄여 드레인 패드와 비어 컨택(163) 사이 및 비어 컨택(163)과 하부 전극(155) 사이에서 전기적인 오픈이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 지지층(153)을 패터닝하여 상기 하부 전극(155)보다 약간 넓은 면적의 화소 형상을 갖도록 한다.
도 7d를 참조하면, 상기 희생층(123)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 희생층(123)의 위치에 에어 갭(135)을 형성한 후, 세정 및 건조처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 M×N 개의 박막형 AMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법, 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 상부 전극(159)에 제2 신호를 인가하고 하부 전극(155)에 제1 신호를 인가하기 위한 TCP(도시되지 않음) 본딩을 대비하여 포토리쏘그래피 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 두께까지 자른다. 계속하여, TCP 본딩을 대비해 AMA 패널의 패드(도시되지 않음)가 충분한 높이를 가지기 위하여 AMA 패널의 패드 상부에 포토 레지스트층(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토 레지스트층 중 아래에 패드가 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 AMA 패널의 패드를 노출시킨다. 그리고, 상기 포토 레지스트층을 식각하고, 액티브 매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP의 패드를 ACF(도시되지 않음)로 연결하여 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층(113)의 드레인 패드, 제2 금속층(115) 및 비어 컨택(163)을 통해 하부 전극(155)에 인가된다. 동시에, TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 공통 전극선으로부터 상부 전극(159)에 제2 신호가 인가되어 상기 상부 전극(159)과 하부 전극(155) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(159)과 하부 전극(155) 사이의 변형층(157)이 변형을 일으킨다. 변형층(157)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층(157)을 포함하는 상기 액츄에이터(150)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 광을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(159)은 액츄에이터 (150)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(150)와 함께 경사진다. 따라서, 상부 전극(159)은 광원으로부터 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 광전류를 차단하기 위한 제2 금속층을 제1 금속층의 드레인 패드에 연결한 후, 변형층으로부터 제2 금속층까지 비어 컨택을 형성함으로써, 비어 컨택의 길이를 단축하여 제2 금속층과 비어 컨택 사이 및 비어 컨택과 하부 전극 사이에서 전기적인 오픈이 일어나 소자가 동작하지 않는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.
Claims (6)
- M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100); 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성되며 상기 트랜지스터로부터 연장된 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(113); 상기 제1 금속층(113) 및 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 제1 보호층(115); 상기 제1 보호층(115)의 상부에 상기 제1 금속층(113)의 드레인 패드와 접촉되게 형성된 제2 금속층(117); 그리고 상기 제2 금속층(117)의 상부에 형성되며 지지층(153), 하부 전극(155), 변형층 (157), 상부 전극(159) 및 상기 하부 전극(155)과 상기 제2 금속층(117)을 연결하는 비어 컨택(163)을 갖는 액츄에이터(150)를 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 금속층(117)은, 서로 이웃하는 트랜지스터로부터 연장된 제1 금속층과 접촉하는 제2 금속층과는 서로 전기적으로 격리되게 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 금속층(117)의 상부에는 제2 보호층(119)이 형성되며, 상기 제2 보호층(119)의 상부에는 식각 방지층(121)이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
- M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 상기 트랜지스터로부터 연장된 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속층 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 제1 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층의 상부에 상기 제1 금속층의 상기 드레인 패드와 접촉되는 제2 금속층을 형성하는 단계; 그리고 상기 제2 금속층의 상부에 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극 및 상기 하부 전극과 상기 제2 금속층을 연결하는 비어 컨택을 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제2 금속층을 형성하는 단계는, 상기 제1 보호층 중 아래에 상기 드레인 패드가 형성된 부분을 패터닝하여 상기 드레인 패드를 노출시키는 단계, 상기 노출된 드레인 패드 및 상기 제1 보호층의 상부에 제2 금속층을 적층하는 단계, 그리고 상기 적층된 제2 금속층을 상기 트랜지스터에 대응되게 패터닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제2 금속층을 형성하는 단계는 상기 제2 금속층의 상부에 제2 보호층을 형성하는 단계 및 상기 제2 보호층의 상부에 식각 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
Priority Applications (1)
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| KR1019970021961A KR100261772B1 (ko) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 개선된 비어 컨택을 갖는 박막형광로 조절장치 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019970021961A KR100261772B1 (ko) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 개선된 비어 컨택을 갖는 박막형광로 조절장치 및 그 제조방법 |
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ID=19507899
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-
1997
- 1997-05-30 KR KR1019970021961A patent/KR100261772B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR19980085796A (ko) | 1998-12-05 |
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